염료감응 태양전지 기초연구 최신 성과
염료감응 태양전지(Dye-sensitized solar cell, DSSC)는 원가가 저렴하고, 독성과 오염이 없고, 제조 공법 조건이 온화하며, 대면적의 연속적인 생산에 적합한 강점을 보유하고 있기 때문에 현재 신형 태양전지 연구 분야의 이슈가 되고 있다.
나노 다공성 구조를 보유한 반도체 광전극(photoanode)은 염료감응 태양전지의 핵심 구성 부분에 속한다. 순서적이고 멀티 기능을 보유한 신형 나노 구조로 전통적인 나노 입자로 구성된 순서적이지 못하는 광전극을 대체하는 연구는 염료감응 태양전지 연구 분야에서의 선행 연구와 도전적인 연구가 되고 있다.

그림 1. 초장(超長) TiO2 나노튜브 배열 개발, 형태 및 전지 성능

그림 2. 동일 축, 멀티 벽 TiO2 나노튜브 배열 개발 및 미시 구조

그림 3. 에어로겔(Aerogel) 복합 광전극 개발, 미시 구조 및 전지 성능

중국과학원 상하이(上海) 세라믹연구소 소속 ‘고성능 세라믹 및 초 미세 구조 국가 중점 실험실’ 연구팀은 최근 관련 연구를 통해 염료감응 태양전지 나노 구조 광전극 연구에서 여러 가지 새로운 성과를 달성하여 이슈가 되고 있다.
‘고성능 세라믹 및 초 미세 구조 국가 중점 실험실’ 리샤오민(李效民), 가오샹둥(高相東) 연구원이 주도하는 연구팀은 최근 관련 연구를 통해 다양한 TiO2 나노튜브 배열에 기반한 순서적인 광전극 및 에어로겔(Aerogel) 구조에 기반한 신형 복합 광전극 연구개발에 성공하였다.
연구팀은 산화물 나노구조 연구에서 쌓은 성과와 경험에 기반하여 초장(超長) ZnO 나노와이어 배열을 템플릿으로 사용하고 나노 마이크로 구조의 연속 이온 층 흡착 및 반응을 정밀 조정 제어(SILAR)하는 기술과 결합하여 TiO2 나노튜브 배열이 FTO 전기전도 기판 상에서 직접적으로 성장할 수 있도록 유도하는데 성공하였다. 연구팀은 독특한 조대화 수열 반응(Hydrothermal coarsening) 기술을 이용하여 나노튜브 배열의 표면 거친 정도, 결정 특성과 염료 로드량을 대폭 향상시켰다.
연구팀이 개발한 TiO2 나노튜브 배열 광전극의 광 전기 변환 효율은 5.74% 수준에 달하여 거칠지 않은 나노튜브 배열에 비해 30% 정도 향상된 것으로 나타났다. 동 연구개발 성과를 기반으로 연구팀은 ZnO 나노 기둥 표면에서 여러 층의 TiO2, ZnO 박층(薄層)을 연속 침적시켜 동일 축, 멀티 벽 TiO2 나노튜브 광전극을 개발하였으며, 튜브 벽의 층 수(1~6층) 및 두께(5~15nm)를 정밀 조정 제어하였다. 연구팀은 수지상(dendritic) 성장의 ZnO를 통해 ZnO-TiO2 코어 쉘 구조를 구축하고 수지상 구조를 보유한 TiO2 나노튜브 광전극을 개발하였다.
에어로겔(Aerogel) 복합 광전극 분야에서 연구팀은 초저(超低) 밀도(0.03g/㎤)와 초고(超高) 비표면적(specific surface area)(1,177㎡/g)의 SiO2 에어로겔을 템플릿으로 하여 SiO2-TiO2 복합 에어로겔을 개발하고 전통적인 TiO2 나노 입자 광전극과의 복합을 통해 에어로겔 복합 광전극을 개발하였다.
동 에어로겔 복합 광전극은 전통적인 나노입자 광전극에 비해 염료의 로드량과 입사광(入射光)에 대한 광전극의 산란 효과를 뚜렷이 향상시켰으며. 염료감응 태양전지의 광 전기 변환 효율을 9.4% 수준에 도달시켜 전통적인 광전극 구조에 비해 광 전기 변환 효율을 16% 향상시킨 것으로 나타났다.
이번 연구개발 성과의 달성은 제어 가능한 마이크로 구조 및 높은 광전기 변환 효율을 보유한 차세대 염료감응 태양전지 연구개발을 위해 중요한 기초연구 기반을 마련하여 그 의미가 주목된다.
이번 연구는 국가자연과학기금위원회의 ‘기초과학 연구 프로젝트’(프로젝트 번호: 51072214, 51002174, 51102261) 비용 지원을 받아 추진되었다. GTB

태양광에서 레이저 광
北大, 고효율 변환의 새 기술
北海島대학 대학원 공학연구원의 樋口幹雄 준교수 등 연구팀은 태양광을 효율적으로 레이저광으로 변환시킬 수 있는 새로운 재료를 개발했다. 태양광에 포함된 특정한 파장의 빛에 대해서 광흡수 효율을 나타내는 「흡수단면적」은 종래의 재료와 비교하여 70배 이상. 에너지를 축적할 수 있는 매체로서 주목되고 있는 마그네슘의 정련 등에 대흔 응용을 기대할 수 있다고 한다.
개발한 것은 칼슘과 이트륨, 알루미늄 산화물의 결정에 크롬과 네오딤을 섞은 것. 막대 모양 다결정 시료의 끝만을 가열 용융하여 결정화하는 「부유대(浮遊帶) 용융」이라는 방법으로 제작했다.
태양광에는 자외선에서 적외선까지 폭넓은 파장의 빛이 포함되어 있는데, 대부분의 에너지가 집중해 있는 500나노미터 부근의 파장의 빛에 대해서 큰 흡수를 나타내었다. 종래 재료인 YAG레이저는 이 파장 영역에서 거의 흡수가 없다.
또 개발한 재료는 종래의 YAG레이저에 비해 파장 430나노미터의 빛에 대해서 흡수 단면적이 70배 이상을 보인다.
바닷물 속에 풍부하게 존재하는 마그네슘에서 금속 마그네슘을 정련할 때 응용할 수 있을 가능성이 있다고 한다. 마그네슘은 에너지를 축적할 수 있기 때문에 새로운 고형 연료로 주목되고 있다. 일간공업

태양전지 및 TV스크린에 영향을 미치는 새로운 기술의 개발
킹스칼리지 런던(King’s College London)에서 수행된 새로운 연구가 보다 향상된 태양 전지의 개발이나 LED 디스플레이의 성능을 개선하는 데 이용될 수 있을 것으로 보인다. 동 대학의 물리학과 Anatoly Zayats 교수가 이끄는 연구팀은 금속 표면에 존재하는 나노 크기의 구조물을 이용해 어떻게 색을 분리해내는지를 상세하게 설명하고 있다.
약 150여 년 전, 어떠한 방식으로 서로 다른 색을 분리하는지에 대한 연구 결과가 오늘날 컬러 TV와 디스플레이를 만들어낼 수 있었다. 이러한 영역에 있어서 연구자들의 도전적인 과제는 나노 크기로 색을 조절하는 것이다. 이러한 가능성은 이미징을 위한 응용 분야, 분광기, 화학적 혹은 생물학적 물질에 대한 센서, 태양 전지 및 평판 TV 등 다양한 분야에 응용될 수 있다.
킹스칼리지 런던의 연구자들은 나노 영역에 존재하는 서로 다른 위치에서 서로 다른 색들을 분리해내는데 성공했으며 이를 위해 특이하게 디자인된 나노 구조물(nanostructure)을 이용했다. 나노 구조물의 기하학적 구조에 기반을 두고 모아진 무지개 빛은 인간의 머리카락보다 100배는 더 작은 굵기를 지닌 금 필름 상에서 만들어질 수 있었다.
이에 대해 Zayats 교수는 “다양한 종류의 나노 입자가 태양 전지(solar cell)의 빛 흡수 효율을 높이기 위해 연구되고 있다. 우리의 연구 결과는 고정된 각도로 태양 전지에 빛을 쬐는 것을 유지할 필요가 없으며 이를 다양한 범위의 파장과 결합시켜 효율성을 높일 수 있다는 사실을 보여주고 있다. 이들이 스크린이나 디스플레이 등에 이용되는 경우, 이들은 다양한 각도에서 다양한 색을 보여줄 수 있다”고 말했다.
붉은 색이 가장 바깥 쪽에 위치하며 파란 색이 가장 안쪽에 위치하는 자연적인 무지개와의 가장 큰 차이점은 연구자들이 만들어낸 나노 구조는 나노 구조의 파라미터들을 조절함으로써 무지개의 색을 조절할 수 있다는 점이다. 그 결과 그들은 나노 구조의 서로 다른 측면에서 색을 분리해낼 수 있었다. 이에 대해 이번 연구의 공동 저자인 Jean-Sebastien Bouillard 박사는 이번 연구에서 입증된 효과는 안전을 위한 적외선 이미징 시스템에 있어서의 색 민감도에 매우 중요하며 센싱 분야에 다양하게 이용될 수 있다고 말했다. 다양한 색의 특성을 지닌 나노 구조를 빛과 결합시키는 능력은 광원으로부터 디스플레이, 광 탐지기, 태양전지, 센싱 등에 이르기까지 다양한 분야에 응용이 가능한 장치를 만드는데 중요한 역할을 할 수 있을 것이다. 이에 대한 보다 자세한 연구 결과는 ‘Broadband and broadangle SPP antennas based on plasmonic crystals with linear chirp’ Nature’s Scientific Reports, DOI: 10.1038/srep00829를 참조하기 바란다. GTB

그림. 나노 구조 상에서 만들어낸 다양한 색의 변화

양자 도트
변환효율 60%의 태양전지도
■ 전자가 들어간 미립자
양자 도트는 크기가 몇 나노 ~ 몇 십 나노미터의 반도체 입자. 이 미립자에 전자가 들어가므로 입자의 크기에 따른 파장(색)의 빛을 흡수하거나 발광하거나 한다. 이 광특성이 바이오연구에서 주목을 받기 시작했다. 종래의 색소나 형광 단백질보다도 화학적으로 안정적이며 색바램이 잘 일어나지 않기 때문이다. 암 세포에 잘 붙도록 만든 마카(표시)로 이용할 수 있으며, 쥐의 암세포가 혈류를 따라 이전하는 모양을 실시간으로 추적할 수 도 있다.
양자 도트는 원래 카드뮴이나 테르르와 같은 독성을 가진 원소를 포함하는 것이 일반적인데 KISCO(大阪市 中央區)가 취급하는 영국 맨체스터 대학발 벤처, 나노코테크놀로지즈가 개발한 양자도트는 이러한 중금속을 포함하지 않는다. 생체 이미징뿐 아니라 발광다이오드(LED)나 디스플레이 용도 등의 연구개발에도 사용되고 있다.
■ 폭넓은 응용
소형, 고속, 소비전력화가 이루어지는 컴퓨터. 그 진화는 전자를 조종하는 종래의 일렉트로닉스의 연장으로는 한계에 이르렀다는 견해가 대세이다.
전자에 빛을 융합한 디바이스가 이러한 한계의 돌파구로 기대되는 가운데 東京大學의 荒川泰彦 교수는 이러한 차세대 디바이스에서도 양자 도트가 비방이 되리라 본다. 디바이스에 필수인 광원으로 종래의 반도체 레이저에 비해 온도에 의존하지 않고 전력을 절약할 수 있고 고속전송에 우수한 성능을 갖기 때문이다.
태양전지의 변환효율을 비약적으로 높일 수 있는 수단으로서도 주목도는 높다. 현재의 실험 레벨에서의 최고 변환효율은 집광형 화합물 반도체 타입에서 40% 정도. 시판되는 실리콘계 태양전지는 20%정도이며, 양자도트 태양전지는 이론적으로 60%를 넘는다. 중국의 저가 공세에서 각국의 태양전지 산업은 고전을 면치 못하고 있는데, 고효율 제품을 실현할 수 있게 되면 「새로운 용도가 생겨나 저가 경쟁에서 탈피할 수 있을 것」이라고 荒川교수는 말한다.
■ 과제는 형성 방법
각 방면에 대한 응용이 기대되는 반면, 과제는 ‘어떻게 제작할 것인가’이다. 결정성장으로 만드는 양자 도트는 깨끗하고 동시에 치밀하게 만들 수 있다면 보다 좋은 특성을 얻을 수 있다고 알려져 있다. 하지만 나노 구조를 정연하게 형성하기는 용이하지 않다.
지금 현재, 자연스럽게 규칙적인 나노 구조를 형성할 수 있는 자기성장법이 주류. 그 중에서도 물질・재료연구기구의 연구팀은 독자의 「액적 에피탁시」라는 방법을 개량하여 종래의 자기 성장법에서 문제였던 기판과 양자 도트 사이에서 생기는 뒤틀림을 해결했다. 양자 도트는 도청이 불가능한 최상의 암호기술에 대한 응용도 전망된다. 物材機構의 迫田和彰 양자 도트 센터장은 「액적 에피탁시로 만든 양자 도트는 양자 암호 통신의 광원으로 적합하다」고 한다. 양자 도트가 새로운 가능성을 열고 있는 것이다. 일간공업

유기박막 태양전지
東芝가 사방 5㎝ 모듈
변환효율 7.7% 달성
東芝는 값싸게 만들 수 있는 차세대 태양전지로서 기대되고 있는 유기박막 태양전지에서 사방 5센티미터라는 실용적으로 사용할 수 있는 모듈을 시작, 변환효율 7.7%를 달성했다. 지금까지의 최고 기록 5.2%를 넘었다. 새로운 유기재료를 개발하고 새로운 도포기술을 사용했다. 2012년 안에 보다 실용에 가까운 사방 30센티미터를 제작하여 2013년도 안에 이 사이즈로 실용화의 기준이 되는 변환효율 10%를 이루어 낼 계획이다.
유기EL 조명 생산기술 「메니스커스법」을 응용했다. 재료의 표면 장력을 사용한 도포법으로 이번에 빛을 전기로 바꾸는 광전변환층과 광전변환층과 전극 사이에 끼우는 중간층을 제막하는데 이 방법을 사용했다.
유기박막 태양전지를 구성하는 유기층은 수십 나노 ~ 수백 나노미터로 얇아야 한다. 이 방법은 종래 방법에 비해 나노 사이즈의 막후에서도 균일하게 제막할 수 있어 대면적화에 적합하다고 한다. 또 스트라이트 상태로 도포할 수 있으므로 스크라이브가 필요치 않게 되는 등의 메리트도 있다.
이번의 시작에서는 알루미 전극의 제막에는 진공증착을 이용했는데, 앞으로는 투명전극을 포함하여 모든 제막 공정을 이 방법으로 실시할 수 있도록 개량할 것이다.
광전변환층의 n형 반도체에는 순도가 높은 플라렌 화합물을 이용했다. p형 반도체는 독자적으로 개발한 고분자 재료를 이용했는데, 재료는 자세하게 밝히지 않았다.
셀 사이의 쇼트를 방지하기 위해서 절연층을 배치하는 등 모듈 설계를 최적화한 일도 높은 변환효율의 실현으로 이어졌다. 슬림형과 경량이라는 점을 살려서 건재 일체형이나 분산형 전원 등의 용도를 상정하고 있는데, 현시점에서 사업화의 시기는 미정. 일간공업

태양광 발전시장을 촉진할 수 있는
박막형 태양에너지 웨이퍼 기술
GT Advanced Technologies사는 초박막형 실리콘 웨이퍼 기술(ultra-thin silicon wafer technology)을 구매하였다. 초박막형 실리콘 웨이퍼 기술은 태양광 발전비용을 감소시키는데 도움을 줄 것이며, 태양에너지 관련 새로운 시장을 개발하게 될 것이라고 GT사 최고경영자인 Tom Gutierrez 회장은 말하였다.
공장설비 개발업체인 GT Advanced Technologies사는 Twin Creek Technologies사의 박막형 웨이퍼 기술-하이페리온(Hy-perion)으로 명명-과 TWin Creek사의 대금업자로부터 1천만 달러를 융통하기 위해 특허 포트폴리오(portfolio)를 획득하였다.
캘리포니아 산요세에 위치한 Twin Creek사는 올해 3월 하이페리온이라 명명된 최초의 툴(tool)을 출시하였다. Twin Creek사는 2008년에 창업하였고, Crosslink Capital사, Benchmark Capital사, Artis Capi-tal Management사, 그리고 DAG Ventures사를 포함한 투자자들로부터 9천3백만 달러를 유치하여왔다.
Twin Creek사의 양도는 놀라울 것은 아닐 것이다. 그 결과, 태양광 발전설비 제조산업은 자금을 만들기 위해 2년간의 투쟁을 지속하여 왔다는 것을 고려하고 있다. 태양전지판과 관련된 부품들의 과잉공급은 급격한 가격 하락을 촉발하였다. 생산비용을 삭감시키기 위한 노력에 의해 경쟁하는 것은 어려운 속도이다. 전세계 수 십 개의 태양광 발전설비 제조업체들은 파산 소송을 하였으며, 공장 문을 닫았다. 일부 기업들은 대기업에게 저렴한 가격으로 인수되었다. 9월, Hanergy사는 MiaSole사를 유치하고 있다고 말하였다. MiaSole사는 실리콘 밸리(Silicon Valley) 속 박막형 필름을 개발하는 업체이다. 그들은 5억 달러를 유치하였으나 3천만 달러라는 헐값에 팔렸다.
수많은 기업들이 생산라인을 가동하지 않거나 공장 확장 계획을 중지하고 하고 있다는 사실을 가지고 있는 이 기업 역시 어려움을 겪고 있다. GT사는 소비를 단단히 하고 있으며, 지난달 노동력의 25%를 해고할 계획을 가지고 있다고 발표하였다. 그리고 사업체를 합병하고 있다. 이 기업은 순이익이 2백3십만 달러였으며, 주당 0.02달러의 수익률을 올렸으며, 올해 3분기 수익이 1억1천만 달러였다. 2011년 3분기 동안, 3천9백9십만 달러의 순이익 또는 주당 0.29달러의 순이익, 그리고 전체 수익은 2억1천7백7십만 달러를 올렸다.
GT사는 Twin Creeks사의 기술을 사용하여 몇 가지 목표를 달성하고자 하였다.: 태양에너지 고객들이 제조비용을 삭감하는데 도움을 줄 수 있는 설비를 다량으로 만들고자 하며, LED 사업에서의 거점을 확대하고 소비자 전자 부분을 극복하고자 하였다. 지난 목요일 UBS 컨퍼런스에서 웹캐스트(webcast)를 통해 연설을 한 Gutierrez는 이 기업의 재구조화 계획이 새로운 기술 개발에 자원을 헌신적으로 투자할 것을 허락해줄 것이라고 말하였다. 이는 어려운 시간에서 생존할 수 있는 주요 요인이다. 이에 대해 Gutierrez는 “만일 당신이 씨앗을 심지 않는다면, 당신의 농장은 망하게 될 것”이라고 말했다.
이 기업의 공장 툴을 위한 새로운 시장을 조각하는 것은 또 다른 생존 전략이다. 2010년으로 되돌아가 GT사의 사업 100%가 태양에너지 관련 사업이었다. 지금까지, 30% 정도가 LED 사업에 초점을 맞추고 있다.
Twin Creeks사의 기술은 단결정 실리콘 잉곳에서 초박막 웨이퍼를 벗기는 것을 가능하게 만들어주었다. 일반적인 것은 200미크론(micron)의 두께이지만 Twin Creeks사의 하이페리온은 25미크론이다. 이 기술은 재료 및 생산비용을 감소시키고자 하고 있다.
이것은 이 기술이 어떻게 하고 있는지이다. 하이페리온 기계는 두꺼운 블록(block)의 실리콘를 가공하고 있으며, 20미크론의 깊이 밑 수소이온으로 충격을 주었다. 이온들은 거품 층을 만드는 효과에 있다. 웨이퍼가 용광로에 옮겨지고 가열될 때, 이러한 거품은 실리콘 블록의 나머지로부터 20미크론 상층부로 확대되고 구별된다. 그러고서 남아있는 실리콘 블록은 계속해서 같은 과정을 겪고 있었다.
이 기술은 실리콘 블록뿐만 아니라 사파이어(sapphire)와 다른 물질에도 적용될 수 있다. 특히, 사파이어는 LED를 만드는데 공통으로 들어가는 구성요소이다. 뿐만 아니라, 이는 스마트폰(smart phone)과 다른 휴대 장치를 위한 흠집에 저항이 강한 스크린(screen)을 만들기 위한 전제를 가지고 있다. 왜냐하면, 사파이어는 지구 상에서 다이아몬드(diamond) 다음으로 높은 강도를 가지고 있는 물질이다.
Gutierrez는 수공예 제조업체들이 흠집에 강한 스크린을 사용하고자 할 것이라고 믿고 있다. 비록 생산비용이 약 15달러 정도 추가될지라도 말이다. 왜냐하면, 몇몇 소비자들이 스크린 보호기를 구매하는 것 이상으로 소비를 해야 하기 때문이다. GTB

변환효율 2.7% 달성
京大와 住化
분자량 큰 고분자 재료 채용
京都大學과 住友化學의 연구팀은 빛을 전구로 바꾸는 광전변환층을 고분자 재료만으로 구성한 태양전지에서 변환효율 2.7%를 달성했다. 지금까지 같은 타입 태양전지의 최고 변환효율은 2.0%였는데, 종래보다 분자가 큰 고분자 재료를 채용했다. 발라서 만드는 값싼 「유기박막 태양전지」로 기대된다.
유기박막 태양전지
유기박막 태양전지의 광전변환층은 빛이 닿으면 전자를 방출하는 도너 재료와 방출한 전자를 받아들이는 억셉터 재료로 구성된다. 현재 억셉터 재료에 저분자 프라렌을 이용한 연구가 주류인데, 프라렌이 고가라는 점이 과제가 되고 있다.
이번에 프라렌 대신에 플루오렌이라는 화합물을 골격 구조로 한 고분자 재료를 억셉터로 이용했다. 도너에는 P3HT라는 기존에 사용되고 있는 고분자 재료를 이용했다.
지금까지도 플루오렌계 고분자를 억셉터로 이용한 보고가 있었지만, 변환효율은 2.0%였다. 이번에 플루오렌계 고분자의 분자량을 크게 함으로써 억셉터와 도너가 혼합되는 상태를 제어하기 쉬워져 변환효율을 향상할 수 있었다.
저분자 프라렌 대신에 고분자 재료를 이용하면 보다 많은 빛을 흡수할 수 있는 이외에 인쇄에 의한 제조 방법이나 재료 원가 면에서도 메리트가 있다고 한다.
연구팀은 앞으로 새로운 고분자 억셉터 재료를 탐색하여 가일층 성능 향상을 지향할 계획이다. 일간공업

유연한 실리콘 태양전지 섬유
처음으로 태양전지가 가능한 실리콘 기반 광섬유가 개발되어 미터 길이까지 확장 가능하다는 것을 보여주었다. 이 연구는 태양전지 실리콘 와이어들을 짜서 유연하고, 휘거나 또는 꼬인 태양전지 섬유를 만들 수 있는 가능성을 열어주는 것이다. 이 발견은 펜실베니아 주립대학의 연구진에 의해서 이루어졌으며, 2012년 12월 6일자 “Advanced Materials” 온라인 저널에 발표되었다.
두께보다 더 얇은 새로운 종류의 광섬유를 제작하는 방법을 발견하였다. 이 광섬유의 자체 통합된 전자부품을 가지고 있어서 광섬유와 칩을 통합할 필요를 없앤 것이다.
이렇게 하기 위해서, 연구진은 고압 화학 기술을 사용하여 반도체 물질을 광섬유 안의 미세한 구멍 안으로 직접 층을 쌓았다. 이제 그들의 새로운 연구에서, 연구진은 동일한 고압 화학 기술을 이용하여 태양전지로 기능할 수 있는 결정질 실리콘 반도체 물질에서 광섬유를 만드는 방법을 사용하였다. 태양전지는 태양 복사를 직접적인 전류에너지로 바꾸어 전력을 생산할 수 있는 광전이 연구진의 새로운 발견은 이전의 광섬유와 전자칩을 통합하는 문제에 기반하고 있다. 실리콘 기반 집적회로는 태양전지, 컴퓨터 및 휴대전화와 같은 대부분의 반도체 전자기술 디바이스의 기본 구성 요소 역할을 한다. 평평한 칩을 둥근 광섬유와 합치는 대신에, 연구진은 사람의 머리카락 디바이스이다.
연구진은 자신들의 목적이 고성능 전자기술 및 태양전지 기능을 확장시켜 수명을 늘리고 더 유연한 형태로 만드는 것이라고 말하였다. 연구진은 이미 몇 미터 길이의 섬유를 만들었으며, 원칙적으로 그들의 새로운 방법은 길이가 10미터 이상인 휠 수 있는 태양전지 섬유를 제작하는데 사용될 수 있을 것이라고 덧붙였다. 긴 섬유 기반 태양전지는 이전에는 할 수 없었던 새로운 응용을 가능하게 할 수 있으며, 연구진은 실리콘 섬유를 짜서 전력 생산, 배터리 충전, 화학 센싱 그리고 바이오메디컬 디바이스와 같은 다양한 응용이 가능하도록 할 수 있다고 말하였다.
연구진은 스마트폰 및 아이패드와 같은 휴대용 전자 기술의 주요 한 계중의 하나는 짧은 배터리 수명이라고 설명하였다. 태양전지 기반 배터리는 이런 문제를 해결하는데 도움이 될 수 있을 것이다. 태양전지는 보통 유리 또는 플라스틱 기판으로 만들어지는데 그 위에 수소처리된 비정질 실리콘이 성장된다고 연구진은 설명하였다. 이와 같은 태양전지는 PECVD 반응로라고 불리는 비싼 장비를 사용하여 제작되면 약간 유연한 평평한 것이 만들어진다.
그러나 짤 수 있는 섬유 기반 태양전지는 가볍고, 유연한 구조를 가지고 있어서 휴대 가능하고 접을 수 있으며 심지어 입을 수도 있다. 이런 물질은 전자 디바이스에 연결되어 그것들을 구동하고 배터리를 충전할 수 있다. 특히 군당국이 흥미를 가지고 전장에서 병사들이 입을 수 있는 전력 소스로 디자인될 수 있는지에 관심을 보이고 있다고 연구진은 말하였다. 연구진은 태양전지 물질에서 유연함의 또 다른 장점은 여러 다른 각도에서 빛 에너지를 모을 수 있는 가능성이 있다는 것이라고 전했다.
보통 전형적인 태양전지는 단지 한 개의 평평한 표면만을 가지고 있다. 그러나 유연하고 휠 수 있는 태양전지 직물은 빛이 어떤 방향에서 오는지에 의존하지 않는다는 장점이 있을 것이다. 영국의 Southampton 대학의 Pier J. A. Sazio는 이런 실리콘 섬유 디바이스의 흥미로운 다른 특징은 그것들이 축소되면서 레이저 가시광선에 매우 빠르게 반응할 수 있다는 것이라고 말했다. 실제로 그들은 밴드폭이 1.8 GHz이 넘는 직물 섬유 기반 광검출를 제작하였다. GTB

그림 1. 태양전지 기능을 가진 새로운 실리콘 기반 광섬유의 단면도 이미지. n+, i, 및 p+으로 표지된 광섬유 구멍안에 증착된 층들이 보인다.

그림 2. 펜실베니아 주립대학의 연구진에 의해서 생산된 사람 머리카락 두께보다 더 얇은, 미터 길이의 태양 전지 접합 섬유의 코일 가닥.

아산화구리 기판에 산화갈륨 증착
에너지 변환율 5.09%로
태양전지 기술
金澤工業大學 광전상호변환 디바이스 시스템 연구개발 센터의 南內嗣 교수와 宮田俊弘 교수의 공동연구팀은 다결정 아산화구리 기판을 이용한 태양전지의 에너지 변환효율을 높이는 기술을 개발했다. 산화갈륨을 기판에 증착시킨다는 아이디어에 따라 종래의 변환효율인 4%를 5.09%로 높였다. 현재 주류인 실리콘계 소자의 7~10%에 한 걸음 가까워진 것이 된다.
개발한 기술은 다결정 아산화구리 기판과 산화아연계 투명도전막 사이에 산화갈륨 박막을 적층했다. 빛의 투과성이 우수한 산화갈륨 박막에 의해 빛이 아산화구리에 도달하기까지의 로스가 줄었다.
현재 태양전지 소자는 실리콘계 박막이 주류를 이루고 있다. 그러나 제조 원가가 비싸 다른 재료가 요구되고 있다. 이 연구팀에서는 앞으로 더 연구를 진행하여 실용화를 위한 값싼 태양전지 소자를 개발해 나갈 것이다. 일간공업

pn 제어
유기반도체에 적용
태양전지 시작
分子科學硏究所의 平本昌宏 교수 등 연구팀은 유기반도체인 프타로시아닌에 불순물을 도프하여 자유자재료 n형이나 p형으로 만드는데 성공했다. p형과 n형의 프타로시아닌으로 유기태양전지를 시작하는 데에도 성공했다. 다른 유기반도체에 대해서도 pn형 제어가 가능하다고 한다. 실리콘 산업에서 흔히 사용되고 있는 pn제어를 유기반도체에도 적용할 수 있다는 것을 보여 주었다.
프타로시아닌에 도핑제로서 탄산세륨을 첨가하자 n형화하고, 산화몰리브덴을 첨가하자 p형화하였다. 두 형태의 프타로시아닌을 접합한 디바이스를 제가하고 여기에 빛을 쏘인 결과 계면에서 광전류가 발생하여 태양전지로 기능하고 있다는 것을 확인했다.
실리콘에서는 도핑에 의한 pn제어로 일렉트로닉스가 발전해 왔다. 앞으로 유기반도체 일렉트로닉스가 실리콘 등의 무기반도체 일렉트로닉스 수준으로 발전하기 위해서는 이번 기술이 필요불가결하다고 平本교수 등은 보고 있다. 이 연구팀은 이미 프라렌을 pn제어하는 데에도 성공했다. 일간공업